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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung eines Betankungsvorgangs
eines Tanks mit einem Medium, wobei besagte Vorrichtung in den Betankungsweg
einbringbar ist und das einzufüllende
Medium für
den Betankungsvorgang mit Druck beaufschlagt ist, mit einem zylinderförmigen Einlass,
einem zylinderförmigen
Auslass und einem dazwischen angeordneten Befüllungsventil mit einem Dichtkolben,
welches sich durch den Mediumdruck öffnet, wobei bei einlassseitiger
Beaufschlagung mit einem Druck unterhalb einer vorbestimmten Druckgrenze
die Kraft einer gespannten Druckfeder den Dichtkolben in Richtung
des Einlasses drückt und
verschließt
und bei einlassseitiger Beaufschlagung der Vorrichtung mit einem
Druck oberhalb der Druckgrenze die Kraft der Druckfeder überwunden
ist und der Dichtkolben den Einlass zur Befüllung freigibt.
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Die Überwachung
von Betankungsvorgängen
insbesondere das Befüllen
von ober- und/oder unterirdischen
Tankanlagen und/oder standortfesten Kellertanks mit insbesondere
flüssigen
Medien wie beispielsweise Heizölen
oder Dieselkraftstoffen durch ein Tankfahrzeug stellt heutzutage
zunehmend eine Notwendigkeit dar.
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Oft
kommt es zu Betrügereien
mit Heizöl, Benzin
oder Dieselkraftstoff insbesondere bei der Lieferung an private
Verbraucher, denn seit die Heizöl,
Benzin- und Dieselkraftstoffpreise enorm gestiegen sind, lohnt es
sich für
unehrliche Tankwagenfahrer, mehr abzurechnen, als in die Tankanlage
eingefüllt
worden ist. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass anstelle
der Tankflüssigkeit
Luft in den Tank gepumpt wird. Private Verbraucher können hiervon
genauso betroffen werden, wie Großabnehmer beispielsweise Behörden oder
Großbetriebe.
Hohe Anstrengungen werden betrieben, die Abnehmer durch Informationen
von Eich- und Zollämtern
oder Warnungen in Pressemitteilungen, Rundfunksendungen oder Broschüren auf
derartigen Betrügereien aufmerksam
zu machen. Spezialisten des nordrhein-westfälischen Landeseichamtes schätzen, dass
durch derartige Betrugsfälle
jährlich
allein beim Heizölkauf
ein Schaden in dreistelliger Millionenhöhe entsteht.
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Ober-
und unterirdische Heizöl-
und/oder Diesellagerrbehälter
und/oder Kellertanks und/oder Tankanlagen verfügen stets über eine einen ends fest mit
dem Behälter
verbundene Füllleitung.
Anderenends der Füllleitung
befindet sich ein häufig
mit einem Gewinde versehener Tankeinfüllstutzen mit einem Tankverschluss.
Die Befüllung
des Tanks erfolgt via Füllleitung üblicherweise
durch ein Tankfahrzeug. Hierbei wird ein Tankschlauch an den Tankeinfüllstutzen
angekuppelt und das zu liefernde Medium von einem Tankwagen über den
Tankschlauch in den Tank gepumpt.
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Tankfahrzeuge
sind in der Regel mit Verdrängerpumpen
insbesondere mit so genannten Flügelzellenpumpen
ausgestattet. Diese Pumpen haben die Eigenschaft, die potentielle
Energie der Flüssigkeit
in mechanische Energie verwandeln zu können. Ferner wirken sie im
leer laufenden Zustand, d.h. sofern kein zu pumpendes Medium zur
Verfügung
steht, wie ein Kompressor und pumpen Luft üblicherweise mit bis zu 1 bar Überdruck
in den Tank. Fachlich gebildetem Bedienpersonal der Betankungsanlage
ist es bekannt, dass durch eine Manipulation an der Pumpenanlage,
beispielsweise am Gasmessverhüter,
Luft statt Heizöl
in den Tank pumpbar ist. Diese Luft wird über das Zählwerk als Liter gezählt und nach
Beendigung des Tankvorgangs mit dem Kunden unehrlich abgerechnet.
Im Folgenden wird unter einem Überdruck
ein Druck bezogen auf den Normaldruck von 1013 mbar verstanden.
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Ferner
ist es bekannt, dass das Bedienpersonal häufig alternativ auch eine Rückfüllung des Tankinhalts
aus dem Behälter
der Tankanlage vornimmt. Die Rückfüllung kann
beispielsweise derart erfolgen, dass der Tankverschluss der Füllleitung
geöffnet
wird und der Tankinhalt über
einen geeigneten Schlauch, der über
die Füllleitung
in den Behälter
eingeführt
wird, wieder abgesaugt wird.
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Insbesondere
sind hierbei Häuser
mit Tankanlagen gefährdet,
die beim Füllvorgang
unbeobachtet sind oder nachts nicht bewacht werden.
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Sicherungsmechanismen
gegen diese Luftbetankung und die Rückfüllung von Tankinhalten durch
Tankfahrzeuge sind bekannt. So offenbart beispielsweise die deutsche
Offenlegungsschrift
DE
36 32 881 A1 eine Schutzvorrichtung zur Überwachung eines
flüssigen
Förderstromes,
insbesondere von Heizöl,
beim Einfüllen
in einen Tank, bei welcher in einer Entlüftungsleitung ein Rückschlagventil
angeordnet ist, so dass die von der Verdrängerpumpe geförderte Luft
nicht durch die Entlüftungsleitung
entweichen kann, weil der Luftdruck zur Überwindung des Rückschlagventils
zu klein ist. Die Vorrichtung nach der
DE 36 32 881 A1 weist einen
ersten Schwimmer in Gestalt einer Kugel auf, der sich bei Einfüllen von Öl in die
Vorrichtung hebt und die Entlüftungsleitung verschließt. Weiterhin
weist die Vorrichtung einen zweiten, ringförmigen Schwimmer auf, der auf
einer Kolbenstange gleitbeweglich geführt ist, und dessen untere
Seite eine Platte aufweist, die den Auslass der Vorrichtung verschließen kann.
Die Kolbenstange ist mit einer federdruckbeaufschlagten Membran
verbunden, die bei ausschließlichem
Einfüllen
von Öl dem
Federdruck entgegenwirkt, die Kolbenstange anhebt und diese wiederum über eine
Scheibe den ringförmigen
Schwimmer vom Dichtsitz abhebt. Fällt der Mediumdruck durch Einfüllen von
Luft, wird die Membran durch den Federdruck wieder rückgestellt und
der ringförmige
Schwimmer sinkt mit abfließendem Öl bis er
den Auslass verschließt.
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Auf
diese weise ist zwar eine Restentleerung möglich, nachteilig bei dieser
Schutzvorrichtung ist jedoch der hohe Herstellungsaufwand, der einen hohe
Preis der Vorrichtung bedingt, so dass der Absatz bei privaten Endverbrauchern
gering ist. Weiterhin ist der Schwimmer notwendigerweise groß zu dimensionieren,
was wiederum große
Abmessungen der Vorrichtung und großen Bauraumbedarf oberhalb des
Heizöltanks
erfordert. Dieser Bauraum ist meist nicht vorhanden. Schließlich ist
die Schutzvorrichtung unzuverlässig,
da sie anfällig
gegen Verschmutzung ist. Bereits geringfügige Verunreinigungen, beispielsweise
durch Einbringen von Dreck in den Einlass, können die Gleitbewegung des
Schwimmers auf der Kolbenstange beeinträchtigen und damit eine zuverlässige Verhinderung
der Luftbetankung nicht bewirken. Es ist ebenfalls nachteilig, dass
aufgrund der Konstruktion der Vorrichtung mit zwei Schwimmern ein
Einbau nur in senkrechter Lage möglich
ist. Häufig
ist jedoch ein schräger
oder waagerechter Einbau gewünscht.
Darüber
hinaus ist auch kein Druckausgleich oder Druckabbau nach dem Luftbefüllungsversuch
zwischen Einlass und Auslass möglich,
da durch das geschlossene Rückschlagventil und
dem den Auslass verschließenden
Schwimmer der 1 bar Überdruck
innerhalb der Schutzvorrichtung gehalten wird.
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Wird
eine Vorrichtung zur Überwachung
eines Betankungsvorgangs beim Füllvorgang
mit Luft beaufschlagt, was eine Unterbrechung des Betankungsvorgangs
zur Folge hätte,
entsteht ein lautes Aufheulen der Pumpe des Tankwagens und ein stark vibrierender
Tankschlauch. Der nach Abschalten der Tankwagenpumpe verbleibende
Luftdruck innerhalb des Tankschlauchs bzw. vor dem Einlass der Überwachungsvorrichtung
kann nicht ohne weiteres beispielsweise pumpenseitig abgebaut werden.
Ein öffnen
der Verbindung zwischen Tankschlauch und Tankeinfüllstutzen
hätte zudem
das Verspritzen von Restbefüllungsflüssigkeit
in die Umgebung des Tankeinfüllstutzens
zur Folge insbesondere an die Hauswand, da geringe Mengen der Restbefüllungsflüssigkeit
stets innenseitig des Tankschlauchs und des Einfüllstutzens vorhanden bleiben.
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Bei
Rückschlagventilen,
wie sie beispielsweise aus dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 1 778 409 U offenbart
sind, ist es bekannt, einen Druckabbau zwischen Einlass und Auslass
auf manuelle Art dadurch zu erreichen, dass ein Bypasskanal an dem
Rückschlagventil
vorbeiführt,
wobei der Bypasskanal dadurch verschließbar ist, dass ein Innenglied über ein
Gewinde längsverschieblich
vorgesehen ist und so einen Spalt des Bypasskanals schließt. Der
Nachteil einer derartigen manuellen Entlüftung liegt darin, dass der
Benutzer vergessen kann, dass Innenglied zur Entlüftung herauszuziehen,
so dass dann bei Öffnung
der Verbindung des Tankschlauchs die Restbefüllungsflüssigkeit verspritzt wird.
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Aus
der europäischen
Patentschrift
EP 0
065 593 B1 ist ein Rückschlagventil
bekannt, welches zur Vermeidung eines sekundären Rohrbruchs hinter dem Rückschlagventil
für den
Fall dient, dass ein primärer
Rohrbruch vor dem Rückschlagventil
auftritt. Das Rückschlagventil
umfasst einen Einlassstutzen und einen rechtwinklig dazu angeordneten
Auslassstutzen und weist einen senkrecht axial verschieblichen Dichtkolben
auf, der mit seinem Eigengewicht den Einlass dichtend verschließen kann.
Der Dichtkolben ist über
eine Kolbenstange mit einem in einem Arbeitszylinder angeordneten
Kolben verbunden. Der Kolben teilt den Arbeitszylinder in einen
oberen und einen unteren Raumbereich. In den oberen Raumbereich
mündet
einerends ein Kanal, der durch die Kolbenstange und den Dichtkolben
geführt
ist, und der anderenends seitlich des Dichtkolbens, auch in dessen
geschlossener Stellung, in den Innenraum des Rückschlagventils mündet. Die
Kolbenstange ist durch eine Bohrung aus dem Arbeitszylinder herausgeführt, an
deren Innenseite eine Ringnut eingebracht ist, an die sich eine
Schrägbohrung
anschließt,
welche ebenfalls in den Innenraum des Rückschlagventils mündet. An
der Kolbenstange ist ein Dämpfungsring
vorgesehen, mit welchem die Nut verschließbar ist. Der untere Raumbereich
des Arbeitszylinders ist weiterhin über ein gewichtsbelastetes
Rückschlagorgan
mit dem Innenraum des Rückschlagsventils
verbunden.
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Steigt
der Wasserdruck am Einlass derart, dass die Druckdifferenz zwischen
Einlass und Auslass das Gewicht des Dichtkolbens samt verbundener
Teile überwindet,
hebt sich der Dichtkolben vom Einlass geringfügig. Das Vorbeiströmen des
Wassers an der dichtkolbenseitigen Öffnung des Kanals erzeugt im
oberen Raumbereich des Arbeitszylinders einen Unterdruck, der den
erzeugten Unterdruck im unteren Raumbereich übersteigt. Durch das Rückschlagorgan
findet ein geringer Druckausgleich statt, wobei Wasser in den unteren
Raumbereich gesaugt wird. Fällt
der Druck am Einlass in Folge eines Rohrbruchs ab, schließt der Dichtkolben
den Einlass verzögert,
da der Dämpfungsring
an der Kolbenstange die Nut zunehmend verschließt und der Druck im unteren
Raumbereich des Arbeitszylinders steigt.
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Nachteilig
ist auch bei diesem System, dass es nur in einer einzigen Einbaulage
verwendet werden kann, da es von unten mit Wasser beaufschlagt werden
muss. Ein Einsatz als Betankungswächter scheidet überdies
bereits deshalb aus, weil der Dichtkolben nur deshalb vollständig den
Einlass verschließt,
weil der Druck der Wassersäule
des in den Auslass des Rückschlagventils
strömenden
Wassers auf der Unterseite des Ventiltellers lastet und diesen nach
unten drückt.
Als Betankungswächter
ist die Vorrichtung nach der
EP 0 065 593 B1 daher nicht geeignet, da
das Rückschlagventil
im Falle einer Luftbetankung dauerhaft geöffnet bleibt.
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Aus
der schweizerischen Patentschrift
CH 301104 ist
ein automatisches Be- und Entlüftungsventil
bekannt, welches zur Entlüftung
eines Rohres dient und dazu an einem von einem horizontal verlaufenden
Rohr nach oben gerichteten Stutzen ansetzt. Die Be- oder Entlüftung erfolgt
durch einen rechtwinklig zum Stutzen angeordneten Ausgangsflansch. Das
Ventil umfasst einen senkrecht hängenden
Ventiltellerkörper,
der rückseitig
eine Bohrung aufweist, die mit einem Öl gefüllt ist. Der Ventiltellerkörper stützt sich
mit seinem Eigengewicht gegen eine Feder ab, so dass das Ventil
bei druckloser Rohrleitung geöffnet
ist. In der Bohrung ist ein Kolben angeordnet, der über eine
Stange mit einem Deckel des Ventilgehäuses fest verbunden ist. In
dem Kolben ist ein Rückschlagventil
vorgesehen. Durch das Öl
wird die axiale Bewegung des Ventiltellerkörpers um den fest stehenden
Kolben gebremst und so ein schlagartiges Schließen und ein Vibrieren des Ventiltellerkörpers verhindert.
Diese Konstruktion ermöglicht
zwar ein automatisches Be- und Entlüften eines Rohres, ist jedoch
für eine
Verwendung in einem Betankungswächter
ungeeignet, da es nicht zur Durchleitung von Wasser benutzbar ist,
im drucklosen Zustand der Rohrleitung stets geöffnet ist und die Ventilfunktion zur
Anwendung in einem Betankungswächter
einer grundlegenden Umkonstruktion unterzogen werden müsste. Das
Rückschlagventil
ist weiterhin nur in einer Einbaulage verwendbar, da anderenfalls
das Öl aus
der Bohrung austreten würde.
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Ferner
beschreibt die schweizerische Patentschrift
CH 252865 eine Vorrichtung zur Abgabe einer
Flüssigkeit
aus einer Druckleitung, beispielsweise verwendbar als Spülventil
bei Toilettenspülungen.
Das Ventil ist manuell durch Betätigung
eines Hebels öffenbar,
mit welchem ein Kolben über
eine Spindel gegen einen federnden Metallbalg hochgehoben wird,
wodurch eine Bohrung zum Auslassstutzen freigegeben wird, durch
welche das Wasser abfließt.
Der Innenraum des Ventils steht dauerhaft unter dem Druck der Wasserzufuhrleitung.
Der Kolben ist derart ausgebildet und in einem Führungsgehäuse geführt, dass sich bei der Aufwärtsbewegung
des Kolbens in dem Führungsgehäuse in einem
Raum ein Unterdruck bildet. Der Raum ist über ein Rückschlagventil mit dem Innenraum
des Ventils verbunden, so dass das Rückschlagventil in Folge des
Unterdrucks öffnet
und Wasser in den Raum gelangt. Wird der Hebel losgelassen, schließt das Ventil
langsam, da das in dem Raum befindliche, nunmehr unter der Federkraft
des Metallbalges stehende Wasser nur über eine in den Kolben eingebrachte
Nut langsam in den Innenraum der Vorrichtung entweichen kann. Auch
diese Konstruktion ist für
einen Betankungswächter
ungeeignet, weil lediglich ein manuelles Öffnen des Ventils möglich ist
und der Innenraum der Vorrichtung dauerhaft unter Druck des speisenden
Wassers steht.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine robuste und funktionssichere Vorrichtung
zur Überwachung eines
Betankungsvorgangs eines Tanks bereitzustellen, die ein Befüllen des
Tanks mit Luft und/oder ein Klauen des Tankinhalts durch Heraussaugen
wirksam und sicher verhindert und somit vor wirtschaftlichen und
technischen Schädigungen
der Tankanlagen schützt,
die einen weitgehend lageunabhängigen
Einbau ermöglicht
und gleichzeitig den automatischen Abbau eines zwischen Vorrichtung
und Pumpe vorhandenen Restdrucks sowie eine gleichzeitige Restentleerung
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Es
wird eine Vorrichtung mit einer mechanischen Ventileinheit zur Überwachung
eines Betankungsvorgangs eines Tanks mit beliebigen flüssigen Medien
vorgeschlagen, die nachfolgend "Betankungswächter" genannt wird. Sie
dient insbesondere zur Verhinderung von Luftbetankung und Rückfüllung des
Tankmediums durch Zurückpumpen
oder Absaugen.
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Der
Betankungswächter
ist derart konstruiert, dass er einfach und schnell an oder in jede
beliebige Tankanlage anschließbar
oder integrierbar ist. Hierzu kann der Betankungswächter beispielsweise fest
in die Füllleitung
der Tankanlage eingebaut werden oder abnehmbar auf den Tankeinfüllstutzen
gesetzt oder geschraubt werden. Die Betankung des Tankbehälters mit
einem Medium wie beispielsweise Dieselkraftstoff, Benzin oder Heizöl mittels
einer Tankwagenpumpe (Flügelzellenpumpe)
ist damit problemlos möglich,
wobei gleichzeitig eine Betankung mit Luft oder die Rückfüllung des
Tankinhalts ausgeschlossen ist.
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Der
Betankungswächter
kann somit abnehmbar oder fest auf oder in die Füllleitung von jedem Tank oder
jeder Tankanlage montiert werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Betankungswächters ist
seine Lageunabhängigkeit
beim Einbau. Es kann sowohl in vertikaler als auch in horizontaler
oder schräger
Lage eingebaut werden. Dieser durch den technischen Aufbau bedingte
Vorteil wird anhand der folgenden Beschreibung deutlich.
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Der
Betankungswächter
ist nur für
eine Durchflussrichtung konzipiert, so dass der Aufbau des erfindungsgemäßen Ventileinheit
mechanisch einfach, robust und preisgünstig herstellbar ist. Hierbei
kann ein Hinweis, der beispielsweise an oder in dem Gehäuse an-
oder eingebracht ist, die Durchflussrichtung des Füllmediums
anzeigen.
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Erfindungsgemäß weist
die Vorrichtung ein druckgesteuertes Ventil auf, im Folgenden Befüllungsventil
genannt, wobei das Befüllungsventil
einen Dichtkolben aufweist, der axial beweglich angeordnet ist und
in dem Einlass zumindest teilweise einliegt und/oder von diesem
axial geführt
ist und wobei bei einlassseitiger Beaufschlagung der Vorrichtung mit
einem Druck unterhalb einer vorbestimmten Druckgrenze der Dichtkolben
den Einlass verschließt und
bei einlassseitiger Beaufschlagung der Vorrichtung mit einem Druck
oberhalb oder identisch der Druckgrenze der Dichtkolben den Einlass
zur Befüllung
freigibt.
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Es
ist hierbei von Vorteil, die Druckgrenze derart zu wählen, dass
sie beispielsweise dem maximalen von der für den Betankungsvorgang verwendeten
Pumpe insbesondere einer Verdrängerpumpe aufbaubaren
Leerlaufdruck entspricht oder etwas oberhalb dieses Drucks liegt.
Geeignet ist hinsichtlich der üblicherweise
bei Tankfahrzeugen verwendeten Verdrängerpumpen eine Wahl der Druckgrenze
bei etwa 1 bar Überdruck.
Erfindungsgemäß öffnet das Befüllungsventil
bei einer Beaufschlagung mit einem Druck, d.h. mit einem in Durchflussrichtung
des Betankungswächters
gerichteten Druck, oberhalb oder identisch der Druckgrenze und schließt bei einem Druck
unterhalb der Druckgrenze.
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Erfindungsgemäß ist die
Vorrichtung derart ausgebildet, dass bei Verschließen des
Einlasses die Kraft einer gespannten Druckfeder den Dichtkolben in
Richtung des Einlasses drückt
und dass bei Freigabe des Einlasses die Kraft der Druckfeder überwunden
ist. Damit kann der wesentliche Aufbau der Vorrichtung durch eine
rein mechanische Wirkungsweise realisiert werden. Über die
Wahl einer geeigneten Druckfeder ist die Druckgrenze individuell
auf den Anwendungsfall anpassbar. Hierdurch wird auch die Überwachung
von Befüllvorgängen anderer
Tanks als Kraftstofftanks beispielsweise Behältnisse der chemischen Industrie
möglich.
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Eine
rein mechanische Ausführung
des erfindungsgemäßen Betankungswächters gewährleistet ein
Hohes Maß an
Wartungsfreundlichkeit, Montageflexibilität und reduziert die Betriebs
und Herstellungskosten. Eine Zufuhr von fremder Energie wird für den Ventilmechanismus
nicht benötigt.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin
vorgesehen, dass der Dichtkolben in dem Einlass zumindest teilweise
einliegt und/oder von diesem axial geführt ist, wobei der Dichtkolben
in diesem Fall mindestens ein vorzugsweise stoffschlüssig angeformtes
Führungselement
aufweisen kann. Alternativ ist auch eine Ausführungsvariante möglich, bei
der der Dichtkolben den Einlass umgreift. Auch eine Ausführung des
Befüllungsventils
ist möglich,
bei der der Dichtkolben in einem bestimmten Winkel zur Achse des
Einlasses beweglich geführt
ist. Hierzu ist eine entsprechende Anpassung des Einlasses insbesondere
seines durch den Dichtkolben abzuschließenden Bereichs notwendig.
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Zur
Abdichtung des Einlasses kann der Dichtkolben vorteilhafterweise
einen umfänglichen Vorsprung
aufweisen, auf welchem beispielsweise eine Dichtung aufliegt, die
gegen eine Dichtfläche des
Einlasses pressbar ist. Dies gewährleistet
eine besonders gute Abdichtung des Einlasses.
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Zum
Abbau eines vor dem Befüllungsventil aufgestauten
Drucks weist der erfindungsgemäße Betankungswächter einen
Bypasskanal auf, mit dem ein Druckausgleich zwischen dem Einlass
und dem Auslass bei geschlossenem Befüllungsventil herstellbar ist.
Hierbei kann der Druckausgleich entweder manuell oder automatisch
erfolgen. Ein automatischer Druckausgleich ist insbesondere bei Montage des
Betankungswächters
an unzugänglichen
Stellen empfehlenswert. Der Druckausgleich kann gleichzeitig zur
Restentleerung des Bereichs vor dem Befüllungsventil dienen und übernimmt
ebenso die Aufgabe einer Entlüftung,
wobei der Bypasskanal vorteilhafterweise Teil eines Entlüftungsventils
sein kann und wobei der Bypasskanal bei Öffnung des Entlüftungsventils
geöffnet
werden kann.
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Für die Realisierung
eines Druckausgleichs kann der Einlass vorzugsweise innenseitig
eine zumindest teilweise ringsum laufende Nut aufweisen, an die
sich an zumindest einer Stelle der Bypasskanal anschließt, über welchen
ein oberhalb des Dichtkolbens befindlicher Überdruck bei Öffnung des
Entlüftungsventils
in einen Innenraum der Vorrichtung ablassbar ist.
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Für eine besonders
bedienfreundliche manuelle Entlüftung,
kann der Bypasskanal durch die Betätigung eines außenseitig
am Ventilgehäuse
angeordneten Bedienelements freigegeben werden. Vorteilhaft ist
ferner, wenn der Bypasskanal nach der Betätigung automatisch durch eine
Federkraft wieder in die geschlossene Stellung bzw. Ausgangslage
zurückgeführt wird.
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Alternativ
oder in Kombination zu dem an dem Dichtkolben angeformten Führungselement kann
dieser auch über
zumindest einen Teil seiner axialen Länge ausgehöhlt sein und mindestens eine in
seine Außenwand
eingebrachte Ausnehmung aufweisen, durch die bei einer bestimmten
Abhebung des Dichtkolbens von der Dichtfläche des Einlasses das Füllmedium
in einen Innenraum einfließt
und die ringsum laufende Nut freigegeben wird.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist einen innerhalb des Innenraums angeordneten und mit einem
Dämpfungsmedium
beispielsweise einem Öl gefüllten Arbeitszylinder
auf. Hiermit kann das Befüllungsventil
geschwindigkeits- und dämpfungsreguliert
werden. Der Arbeitszylinder weist hierbei einen Innen liegenden
Hauptkolben auf, der über
ein Verbindungselement mit dem Dichtkolben verbunden ist. Dadurch
können
Bewegungen des Dichtkolbens auf den Hauptkolben übertragen werden, so dass bei
abrupten Druckänderungen
Stöße auf den
Dichtkolben stark reduziert werden können. Auf diese Weise kann ein
besonders robuster und langlebiger Betankungswächter realisiert werden.
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Vorteilsmäßig kann
der Arbeitszylinder einen innen liegenden Schleppkolben aufweisen,
der über eine
Druckfeder in Richtung des Hauptkolbens gedrückt ist, wobei der Hauptkolben
und der Schleppkolben jeweils mindestens eine breite Bohrung zur Ermöglichung
einer schnellen Ölbewegung
während deren
Kolbenbewegung aufweisen und wobei im Falle eines Anliegens des
Hauptkolbens an den Schleppkolben die mindestens eine Bohrung des Schleppkolbens
von dem Hauptkolben verschlossen ist.
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Ferner
kann der Schleppkolben zumindest eine Kapillarbohrung aufweisen, über den
im Falle des Anliegens des Hauptkolbens an den Schleppkolben während deren
Kolbenbewegung eine langsame Ölbewegung
erfolgen kann. Die langsame Ölbewegung
erzwingt hierbei eine langsame Bewegung des Dichtkolbens, durch
welche insbesondere ein automatischer Druckausgleich realisiert
werden kann.
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Der
Betankungswächter
kann, insbesondere dessen Gehäuse
und Kraft übertragende
Bauteile, aus Metall vorzugsweise aus Messing oder Edelstahl gefertigt
sein. Alternativ können
die Gehäuseteile und/oder
einzelne Ventilbauteile aber auch aus einem stabilen Kunststoff
gefertigt sein und/oder durch eine äußere Metallhülse verstärkt sein.
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Bei
einer Ausführungsvariante
aus Kunststoff können
insbesondere die Gehäuseteile
aber beispielsweise auch innen liegende Bauteile Rippen, Stege oder
andere geeignete Profilierungen aufweisen, die die Struktur verstärken.
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Weitere
Vorteile der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen sowie in
den 1 bis 7 dargestellt, die im Folgenden
detailliert erklärt werden.
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Es
zeigt:
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1 einen
Betankungswächter
nach dem Stand der Technik mit manuellem Druckausgleich und mit
geschlossenem Befüllungsventil
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2 der
Betankungswächter
nach dem Stand der Technik mit manuellem Druckausgleich und geöffnetem
Befüllungsventil
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3 der
Betankungswächter
nach dem Stand der Technik mit manuellem Druckausgleich und geöffnetem
Entlüftungsventil
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4 eine
erfindungsgemäße Ausführungsvariante
mit automatischem Druckausgleich und geschlossenem Befüllungsventil
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5 die
erfindungsgemäße Ausführungsvariante
mit automatischem Druckausgleich und geöffnetem Befüllungsventil
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6 die
erfindungsgemäße Ausführungsvariante
mit automatischem Druckausgleich und in Neutralstellung befindlichem
Befüllungsventil
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7 die
erfindungsgemäße Ausführungsvariante
mit automatischem Druckausgleich und geöffnetem Entlüftungsventil
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Im
Folgenden wird ein Betankungswächter nach
dem Stand der Technik mit manuellem Druckausgleich anhand der 1 bis 3 und
eine erfindungsgemäße Ausführungsvariante
mit automatischem Druckausgleich anhand der 4 bis 7 detailliert
beschrieben.
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Aus
Gründen
der Übersichtlichkeit
sind nur in den 1 und 4 alle Bezugszeichen
angegeben, wohingegen die übrigen
Figuren nur die für
das Verständnis
relevanten Bezugszeichen angegeben sind.
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1 zeigt
einen Betankungswächter
nach dem Stand der Technik mit einem im Wesentlichen zylindrischen
oberen Gehäuseteil 1 und
einem im Wesentlichen zylindrischen unteren Gehäuseteil 2, wobei die
beiden Gehäuseteile 1, 2 über ein
Gewinde 15 und eine Dichtung oder Dichtungsmasse 16 dichtend
miteinander verschraubt sind. Die Gehäuseteile weisen vorteilsmäßig ein
Verhältnis
vom Durchmesser zur Höhe
von 1,5:1 bis 3,5:1 auf.
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Das
obere Gehäuseteil 1 weist
einen zylindrischen Einlass 11a mit einer Eintrittsöffnung 11b für die einzufüllende Flüssigkeit
auf. Außenseitig
ist im Bereich des oberen Randes des Einlasses 11a ein Außengewinde 3 beispielsweise
zur Aufschraubung eines Tankschlauchanschlusses eingebracht. Der Einlass 11a erstreckt
sich in den Gehäuseinnenraum 28.
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Der
Einlass 11a dient gleichzeitig als Führung für den axial beweglichen zylindrischen
Dichtkolben 7. Hierzu bildet die Innenseite des Einlasses 11a eine
Dichtkolbenführungsfläche 25.
Der Dichtkolben 7 liegt in dem Einlass 11a ein
und weist Führungselemente 41 auf, über welche
er in dem Einlass 11a axial geführt wird. Ferner weist der
Dichtkolben 7 einen umfänglichen
Vorsprung 40 auf, auf den eine Dichtung 39 aufgelegt
ist, die bei dicht sitzendem Dichtkolben 7 an einer Dichtfläche 6 des
sich in den Innenraum 28 erstreckenden Einlasses 11a anliegt.
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Der
Einlass 11a weist innenseitig auf der Dichtkolbenführungsfläche 25 einen
Radialeinstich in Form einer ringsum laufenden Nut 33 auf,
in welche sich ein Bypasskanal 5 erstreckt, der über ein
Entlüftungsventil 42 zum
Innenraum 28 hin geöffnet
werden kann. Herstellungsbedingt wird der Bypasskanal 5 hier
von einer horizontalen und einer vertikalen Bohrung gebildet, die
jeweils mit einem Gewindestopfen 32 verschlossen sind.
Das Entlüftungsventil 42 umfasst
ein außen
am oberen Gehäuseteil 1 angeordnetes
Bedienelement 21, das über
eine Schraube 13 mit einer Welle 18 verbunden
ist, die sich in axialer Richtung gleitend innerhalb eines koaxial
angeordneten Distanzelements 20 bewegt. Das Distanzelement 20 ist über ein
Gewinde 37 mit dem oberen Gehäuseteil 1 fest verbunden.
Ein Dichtring 17 verhindert hierbei, dass Luft und ggf.
Restflüssigkeit
aus dem Bypasskanal 5 entlang der Welle 18 zu dem
Bedienelement 21 gelangt. Mit Hilfe einer Druckfeder 22 wird
die Welle 18 samt Bedienelement 21 gegenüber dem
Distanzelement 20 federnd gehalten, wobei sich ein Hubraum 36 zwischen
Bedienelement 21 und Distanzelement ergibt.
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Die
Druckfeder 22 dient dazu, die Welle 18 nach ihrer
axialen Verschiebung wieder in ihre Endstellung bzw. Ausgangsstellung
zu bringen. Das Distanzelement 20 dient zur Führung und
zur Hubbegrenzung der Welle 18 sowie zur Aufnahme der Druckfeder 22,
zur Arretierung der Dichtung 17 und zur Verlängerung
der Führung
der Welle 18.
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Die
Welle 18 ist durch das obere Gehäuseteil 1 in den Innenraum 28 geführt und
weist an ihrem innenraumseitigen Ende einen Teller 38 auf,
an dessen oberer Seite ein Dichtring 24 anliegt, welcher
bei geschlossenem Entlüftungsventil
wiederum an der Innenwand des oberen Gehäuseteils 1 anliegt.
Die Welle 18 weist ferner eine von etwa der Mitte seiner axialen
Länge bis
zum Teller 38 reichende Hinterdrehung 19 auf,
die einen dortigen geringeren Durchmesser der Welle 18 zur
Folge hat. Ferner ist die Welle 18 in dieser Ausführungsform
rechtwinklig zum Bypasskanal 5 angeordnet, so dass sich
beim Drücken
des Bedienelements 21 die Welle 18 in den Innenraum 28 bewegt,
die Dichtung 24 von ihrem Dichtsitz abhebt und den Bypasskanal 5 zum
Druckausgleich freigibt (siehe 3).
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Über den
Bypasskanal 5 ist eine so genannte Restentleerung und ein
Ablass eines Drucks durchführbar,
der sich vor dem Einlass 11a nach dem Absperren des Befüllungsventils
aufgrund eines Luftbefüllungsversuchs
oder nach Beendigung des Tankvorganges aufgebaut hat. Der Einlass 11a wird
hierdurch von dem noch druckbehafteten Füllmedium (Restöl) und Restdruck
befreit bzw. entleert.
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Das
untere Gehäuseteil 2 weist
einen Auslass 26a und eine Austrittsöffnung 26b auf. Der
Auslass 26a ist zylinderförmig und weist innenseitig
ein Innengewinde 4 auf. Der Auslass erstreckt sich bis
zu einem ringsum laufenden innenseitigen Vorsprung 43,
auf dessen Unterseite eine Dichtung 27 anliegt, und der
bei Aufschraubung des Betankungswächters beispielsweise auf den
Tankstutzen einer Füllleitung einen
dichtenden Anschlag bildet.
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1 zeigt
das Befüllungsventil,
d.h. Einlass 11a und Dichtkolben 7, im geschlossenen
Zustand. Der Dichtkolben 7 wird mit der Dichtung 39 infolge der
Druckkraft der Druckfeder 8 gegen die Dichtfläche 6 des
Einlasses 11a gedrückt
und verschließt
dadurch diesen dichtend. In diesem Zustand befindet sich der Betankungswächter vor
dem Betankungsvorgang. Er wird nun zum Betanken an den Tankeinfüllstutzen
der Füllleitung
einer Tankanlage dicht und fest angeschlossen und anschließend über das
Gewinde 3 des Einlasses 11a mit dem Tankwagenschlauch
dicht und fest verbunden.
-
Wird
der Betankungswächter
mit einem Druck unterhalb einer bestimmten Druckgrenze beispielsweise
unterhalb 1 bar Überdruck
beaufschlagt, wird der Dichtkolben 7 durch die vorgespannter Druckfeder 8 und
der daraus resultierenden höheren Federkraft
gegen die Dichtungsfläche 6 gepresst,
so dass der Einlass 11a von dem Dichtkolben hermetisch
abgedichtet ist.
-
2 zeigt
nunmehr das Befüllungsventil
im geöffneten
Zustand. Bei einem üblichen
Betankungsvorgang durch einen mit einer Verdrängerpumpe und/oder sonstigen
Pumpe ausgestatten Tankwagen wird der Betankungswächter und
vomit sein Befüllungsventil
mit dem Füllmedium
beaufschlagt, welches mit einem Druck oberhalb der Druckgrenze insbesondere
mit bis zu 10 bar Überdruck
von dem Tankwagen geliefert wird. Das Füllmedium strömt durch
die Eintrittsöffnung 11b in
den Einlass 11a und drückt
den Dichtkolben 7 in axialer Richtung entgegen der Federkraft
der Druckfeder 8 von dem Einlass 11a weg. Der
Arbeitshub 23 wird hierbei durch die Oberkante 35 des
Topfes begrenzt.
-
Das
Medium strömt
anschließend
von dem Einlass 11a in den Innenraum 28 ein, fließt durch
die Durchflussbohrungen 29 der Halteplatte 14 und
tritt schließlich
aus der Austrittöffnung 26b des
Auslasses 26a wird aus dem Betankungswächter aus, von wo das Medium
letztendlich über
die Füllleitung
in die Tankanlage oder den Tank befördert wird. Der Bypasskanal 5 ist
während
dieses Vorgangs durch den dicht sitzenden Teller 38 mit
Dichtring 24 verschlossen.
-
Wird
Luft als Medium in den Betankungswächter gepumpt, tritt ein Abfall
des Eingangsdrucks auf einen Wert unterhalb der Druckgrenze ein.
Insbesondere fällt
der Eingangspressdruck der Luft, mit dem das Befüllungsventil beaufschlagt wird
auf einen Wert unterhalb 1 bar Überdruck
ab. Die Kraft, mit der der Dichtkolben 7 nun nur noch gegen
die Druckfeder 8 gedrückt
wird, kann die von der Druckfeder 8 gegen den Dichtkolben 7 wirkende
Kraft nicht mehr überwinden,
so dass sich der Dichtkolben 7 schlagartig und verzögerungsfrei
gegen den Einlass 11a bewegt und dieser mit der an der
Dichffläche 6 anliegenden
Dichtung 39 wieder dichtend verschlossen wird.
-
Ein
weiteres Einströmen
des Füllmediums, insbesondere
eine Luftbetankung durch das Befüllungsventil
hindurch ist nicht mehr möglich
und wird somit wirksam verhindert. Der Bypasskanal 5 ist
während
dieses Vorgangs immer noch durch den dicht sitzenden Teller 38 mit
Dichtring 24 verschlossen.
-
Nach
der Sperrung des Befüllungsventils liegt
zwischen Betankungswächter
und Pumpe immer noch ein Druck an, der nicht ohne zusätzliche Hilfsmaßnahmen
abgebaut werden kann. Ein Öffnen der
Verbindung zwischen Betankungswächter
und Tankschlauch würde ein
unkontrolliertes Verspritzen von in dem Tankschlauch befindlichen
Resten des Füllmediums
in die Umgebung des Betankungswächters
nach sich ziehen. Eine Restentleerung des Einlasses 11a des
Betankungswächters
und des unter Druck stehenden Tankschlauchs muss deshalb durchgeführt werden,
um die Verbindung bzw. Kupplung zwischen dem Betankungswächter und
dem Tankwagenschlauch sicher, gefahr- und drucklos zu trennen. Hierzu
verfügt
der Betankungswächter über ein
mechanisch zu betätigendes
Entlüftungsventil, welches über einen
Hubmechanismus einen Druckabbau und eine Restentleerung realisiert.
-
Die Öffnung des
Entlüftungsventils 42 durch einen
auf das Bedienelement 21 ausgeübten manuellen Druck, der eine
axiale Verschiebung der Welle 18 und das Abheben des Tellers 38 von
seinem dichtenden Sitz zur Folge hat, ermöglicht das Einströmen von
Luft und Restfflüssigkeit
aus dem Einlass 11a durch die Nut 33, den Bypasskanal 5 und
den durch die Hinterdrehung 19 gebildeten Raum in den Innenraum 28. 3 zeigt
hierzu das Entlüftungsventil 42 im
geöffneten
Zustand.
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Die
ringsum laufende Nut 33 in Form eines Radialeinstichs gewährleistet
hierbei, dass die Verbindung zwischen Einlass 11a und Bypasskanal 5 stets
geöffnet
ist. Im Falle einer einfachen in den Einlass 11a hineinragenden
Bohrung, die einen Luftweg zwischen Einlass 11a und Innenraum 28 bilden
könnte,
bestände
die Gefahr, dass diese Bohrung aufgrund eines ungeeignet gedrehten
Dichtkolbens durch eines der Führungselemente 41 verschlossen werden
würde.
Mehrere Bohrungen, die beispielsweise umfänglich kürzer beabstandet sind als die Führungselemente 41 und
die ebenfalls mit dem Bypasskanal 5 verbunden sind, könnten diesen
Nachteil beispielsweise verhindern.
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Nach
der Entlüftung
und der damit verbundenen Restentleerung ist die gesamte Ventileinheit
sowie der Tankwagenschlauch im drucklosem Zustand. Durch die Entleerung
des Einlasses 11a kann es zu keiner Verschmutzung der Umgebung
des Betankungswächters
durch Heraustreten des unter Restdruck stehenden Füllmediums
kommen. Der Betankungsschlauch des Tankwagens kann nun gefahrlos von
dem Betankungswächters
getrennt werden und dieser gegebenenfalls von dem Füllstutzen
der Füllleitung
der Tankanlage oder des Tanks getrennt werden.
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4 zeigt
eine erfindungsgemäße Ausführungsvariante
des Betankungswächters,
wobei diese Variante eine automatische Entlüftung und Restentleerung des
Einlasses 11a aufweist. In 4 ist das Befüllungsventil
im geschlossenen Zustand dargestellt.
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Der
zylinderförmige
Dichtkolben 7 ist in dieser Ausführungsvariante eintrittsöffungsseitig über zumindest
einen Teil seiner axialen Länge
ausgehöhlt
und weist Ausnehmungen 44 in Form von Langlöchern in
seiner Außenwand
auf, durch welche bei geöffnetem
Befüllungsventil
das Füllmedium
in den Innraum 28 einfließen kann. Die Ausnehmungen 44 des
Dichtkolbens 7 sind vorzugsweise äquidistant beabstandet und
symmetrisch auf den Umfang des Dichtkolbens 7 verteilt
angeordnet.
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Auch
hier ist eine Nut 33 vorhanden, die in die Dichtkolbenführungsfläche 25 des
Einlasses 11b ringsum laufend eingebracht ist und an die
sich zumindest ein Bypasskanal 5 anschließt, der
in der dichtenden Ventilstellung des Befüllungsventils durch die auf
dem Vorsprung 40 des Dichtkolbens 7 sitzende Dichtung 39 verschlossen
ist. Über
den Bypasskanal 5 kann auch hier eine Restentleerung und
ein Druckablass eines im Einlass 11a befindlichen druckbehafteten
Mediums erfolgen.
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Der
Dichtkolben 7 ist über
eine Schraube 45 mit einer koaxial angeordneten zylindrischen
Kolbenstange 12 verschraubt, die teilweise in dem Dichtkolben
einliegt. Eine Dichtung 65 ist hierbei zwischen Dichtkolben 7 und
Kolbenstange 12 angeordnet. Das andere Ende der Kolbenstange 12 ist über eine Schraube 46 mit
einem zylindrischen Hauptkolben 49 verbunden, der sich
innerhalb eines mit einem blasen- und luftfreien Dämpfungsmedium 56 vorzugsweise Öl gefüllten Arbeitszylinders
axial zusammen mit dem Dichtkolben 7 bewegen kann. Der
Arbeitszylinder ist in dem Gehäuse 1, 2 des
Betankungswächters
angeordnet und wird von der Halteplatte 14 gehalten, mit
welcher er über
Schrauben 47 fest verbunden ist. Die Halteplatte 14 wird
durch die Gehäuseteile 1, 2 fixiert
und innerhalb des Gehäuses 1, 2 zentriert.
Sie dient ferner zur Abstützung
und Zentrierung der Druckfeder 8. Der Arbeitszylinder besteht aus
einem Oberteil 51 und einem Unterteil 52, wobei das
Oberteil 51 über
Schrauben 64 das Unterteil 52 fest verschließt. Eine
Dichtung 59 dichtet das Oberteil 51 gegenüber dem
Unterteil 52 ab. Das Oberteil 51 weist eine zentrische
Bohrung auf, durch die die Kolbenstange 12 nach innen geführt ist.
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Das
Unterteil 52 des Arbeitszylinders ist topfförmig ausgebildet
und weist bodenseitig eine Öffnung
auf, über
welche das Dämpfungsmedium 56 in den
Arbeitszylinder einfüllbar
ist. Die Öffnung
kann mittels eines Verschlussstopfens 53 und einer Dichtung 54 dichtend
verschlossen werden. Innerhalb des Arbeitszylinders sind des Weiteren
ein auf der Kolbenstange geführter
zylindrischer, scheibenförmiger
und axial beweglicher Schleppkolben 57 und eine Druckfeder 63 angeordnet.
Die Druckfeder 63 übt
auf den Schleppkolben 57 eine gegen die Bodenseite des
Unterteils 52 gerichtete Kraft aus. Der Schleppkolben 57 weist
eine auf seiner dem Unterteil zugewandten Mantelfläche einliegende
Dichtung 58 auf, die das seitliche vorbeiströmen des
Dämpfungsmediums 56 am
Schleppkolben 57 verhindert. Ferner verhindert eine weitere
Dichtung 60, die in dem Oberteil 51 einliegt und
die Kolbenstange 12 umschließt, dass das Dämpfungsmedium 56 aus
dem Arbeitszylinder und entlang der Kolbenstange 12 in
Richtung des Dichtkolbens 7 kriecht.
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Das
Unterteil 52 weist in seinem oberen Bereich einen bis etwa
zur Mitte seiner axialen Länge reichenden
größeren Innendurchmesser
auf als in seinem unteren Bereich. Der Schleppkolben 57 weist einen
Durchmesser auf, der geringfügig
kleiner ist als der oberseitige Innendurchmesser des Arbeitszylinders,
so dass der Schleppkolben 57 innerhalb des oberen Bereichs
bis zur Mitte des Arbeitszylinders axial führbar ist. Durch den größeren Innendurchmesser
im oberen Bereich des Arbeitszylinders resultiert im Bereich der
Mitte des Arbeitszylinders ein Durchmesserübergang der stufenförmig ausgebildet ist,
wobei die Stufe 55 eine untere Hubbegrenzung für den Schleppkolben 57 darstellt.
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Schleppkolben 57 und
Hauptkolben 49 weisen Durchflussbohrungen 50 auf,
die eine Zirkulation des Dämpfungsmediums 56 bei
Bewegung von Schleppkolben 57 und Hauptkolben 49 ermöglichen. Diese
Durchflussbohrungen 50 sind notwendig, damit der Schleppkolben 57,
welcher schwimmend auf der Kolbenstange 12 gelagert ist,
dem Hauptkolben 49 beim Öffnungshub in Richtung des
Bodens des Unterteils 52 des Arbeitszylinders infolge der
Federkraft der Druckfeder 63 schnell nachlaufen kann, wobei
das Öl 56 durch
die Bohrungen 50 ungehindert strömen kann. Beim Anliegen des
Hautkolbens 49 am Schleppkolben 57 dichtet eine
in einer Ausdrehung des Hauptkolbens 49 einliegende Dichtung 61 die
Durchflussbohrungen 50 des Schleppkolbens 57 ab.
Um im Falle eines derartigen Verbunds von Schleppkolben 57 und
Hauptkolben 49 eine Bewegung des Dämpfungsmediums zu ermöglichen,
weist der Schleppkolben 57 eine Kapillarbohrung 62 auf, durch
welche das Dämpfungsmedium 56 langsam strömen kann.
Der Kapillarbohrung 62 ist eine Durchflussbohrung 50 des
Hauptkolbens zugeordnet, durch welche das Dämpfungsmedium 56 bei
Bewegung des Kolbenverbunds 57, 49 ebenfalls strömen kann.
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In
einer nicht dargestellten Ausführungsvariante
können
die Durchflussbohrungen 50 von Hauptkolben 49 und/oder
Schleppkolben 57 auch durch druckgesteuerte Ventile insbesondere
Rückschlagventile
ersetzt sein oder derartige Ventile aufweisen, über die die Bewegung des Dämpfungsmediums 56 und
entsprechend des Dichtkolbens gesteuert werden kann.
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Es
folgt eine Funktionsbeschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsvariante:
In
der Ausgangsstellung des Befüllungsventils
gemäß 4,
d.h. im drucklosen Zustand, ist das Befüllungsventil dichtend geschlossen.
Der Dichtkolben 7 wird mittels der aus der Vorspannung
der Druckfeder 8 und der daraus resultierenden Druckfederkraft mit
der Dichtung 39 gegen die Dichtfläche 6 des Einlasses 11a gepresst.
Das Befüllungsventil
ist mit einem federkraftbeaufschlagtem axial schiebenden Dichtkolben 7 in
Funktion und Verbindung mit der Dichtfläche 6, einem Arbeitshub 23 und
einem hydraulischen hubgeschwindigkeitsverzögernden, direkt auf den Dichtkolben 7 wirkenden
Hubmechanismus versehen.
-
Der
Dichtkolben 7 öffnet
sich in Abhängigkeit des
auf den Einlass 11a und auf die Eintrittsöffnung 11b wirkenden
Eingangsdrucks des einströmenden Mediums
oberhalb einer durch die Federkraft der Druckfeder 8 bestimmbaren
Druckgrenze vorzugsweise oberhalb von 1 bar Überdruck. Beim Füllvorgang
strömt
das unter ausreichendem Eingangsdruck oberhalb der Druckgrenze stehende
einzuleitende Medium durch den Einlass 11a in die durch
den Pfeil 9 angezeigte Richtung. Durch diesen Eingangsdruck
verschiebt sich der Dichtkolben 7 axial entgegen der Federkraft
der Druckfeder 8, wobei er von der Dichtfläche 6 und
damit von seinem Dichtsitz abhebt. Der Dichtkolben 7 legt
dabei den Hub 23 zurück und
schlägt
an die durch die Oberseite des Oberteils des Arbeitszylinders gebildete
Hubbegrenzung 48. 5 zeigt
die beschriebene Stellung des Befüllungsventils in geöffnetem
Zustand.
-
Das
Einfüllmedium
strömt
nun durch den Einlass 11a und durch die Ausnehmungen 44 des Dichtkolbens 7-
im Folgenden Kolbenschlitze 44 genannt, in den Innenraum 28 des
oberen Gehäuseteils ein,
durchströmt
die Öffnungen 29 der
Halteplatte 14 und gelangt somit in den Innenraum 28 des
unteren Gehäuseteils 2.
Von hier tritt das Einfüllmedium durch
den Auslass 26a und die Austrittsöffnung 26b aus und
strömt
durch die Füllleitung
der Tankanlage oder des Tanks in den Tank ein. Der Flussweg ist
in 5 durch die Pfeile A gekennzeichnet. Beim Füllvorgang
erfolgt ein schneller Arbeitshub bzw. Abwärtshub des Dichtkolbens 7 bis
zur Hubbegrenzung 48.
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Um
beim Füllvorgang
Druckstöße bei dem Befüllungsventil
abzudämpfen
bzw. abzufedern und um die Geschwindigkeit bzw. Dämpfung des
Dichtkolbens 7 zu regulieren, ist das Befüllungsventil
mit dem geschwindigkeits- und dämpfungsregulierenden Arbeitszylinder
verbunden. Die Bewegung des Dichtkolbens 7 wird über die
Kolbenstange 12 auf den im Arbeitszylinder innen liegenden
Hauptkolben 49 übertragen.
Bei dem infolge der Ventilöffnung
entstehenden Abwärtshub
des Dichtkolbens 7 wird der Hauptkolben 49 axial
in Richtung des Bodens des Unterteils 52 des Arbeitszylinders
verschoben, wobei das Dämpfungsmedium 56 dabei
durch die Durchflussbohrungen 50 des Hauptkolbens 49 nach
oben strömt.
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Bei
dieser axialen Abwärtsbewegung
des Hauptkolbens 49, wird der Schleppkolben 57,
welcher axial schwimmend auf der Kolbenstange 12 gelagert
ist, infolge der Druckfeder 63 bis zur die Hubbegrenzung
bildenden Stufe 55 gedrückt.
Der Schleppkolben 57 läuft
dem Hauptkolben 49 somit nach. Während dieser Bewegung des Schleppkolbens 57 strömt das Dämpfungsmedium 56 durch
die Durchflussbohrungen 50 des Schleppkolbens in die der
Bewegung des Schleppkolbens 57 entgegengesetzte Richtung.
Durch die Bohrungen 50 ist gewährleistet, dass der Hauptkolben 49 und
der Schleppkolben 57 beim axialen Abwärtshub ohne großen Widerstand
zügig durch
den Arbeitszylinderinnenraum und das Dämpfungsmedium 56 gleiten
können.
Da das durch die Bohrungen 50 durchströmende bzw. zirkulierende Dämpfungsmedium 56 aufgrund
seiner vergleichsweise hohen Viskosität nur träge strömen kann, wird beim axialen
Abwärtshub
ein Trägheitsmoment
erzeugt. Dadurch werden Druckstöße beim Tankvorgang
gedämpft.
Die Endstellung von Schleppkolben 57 und Hauptkolben 49 ist
in 5 dargestellt.
-
Beim
Schließvorgang
des Befüllungsventils nach
dem Tankvorgang oder bei einem Druckabfall des Füllmediums beispielsweise infolge
des Versuchs Luft anstelle eines flüssigen Mediums in den Einlass 11a zu
pumpen, legt der Dichtkolben 7 infolge seiner Beaufschlagung
mit der höheren
Federkraft der Druckfeder 8 eine vordefinierten Weglänge in axialer
Richtung entgegen der Druckeingangsrichtung zurück. Diese Weglänge ist
durch die Lage der Stufe 55 definiert. Die Bewegung des
Dichtkolbens wird über
die Kolbenstange 12 auf den Hauptkolben 49 übertragen,
der sich verzögerungsfrei
mitbewegt und gegen den Schleppkolben 57 schlägt, welcher
an der Stufe 55 und damit an seiner Hubbegrenzung anliegt. Dieser
Zustand des Befüllungsventils
ist in 6 dargestellt und wird auch als neutrale Stellung
bezeichnet.
-
Der
an dem Schleppkolben 57 anliegende Hauptkolben 49 verschließt nunmehr
durch die Dichtung 61 dessen Durchflussbohrungen 50.
Der Dichtkolben 7 hat sich in Folge des einlassseitigen
Druckabfalls beispielsweise infolge einer Luftbetankung in eine
Stellung bewegt, in der der Einlass 11a gerade derart verschlossen
ist, dass die Kolbenschlitze 44 vollständig innerhalb des Einlasses 11a liegen.
Der Kragen 66 des Dichtkolbens 7 verschließt in dieser Position
gerade die ringsum laufende Nut 33. Es kann hier von einer "Schlitzsteuerung" gesprochen werden,
da sowohl das Öffnen
und Schließen
der Kolbenschlitze 44 als auch der Nut 33, die
als eine Art Luftschlitz verstanden werden kann, durch die träge Bewegung
der Kolben innerhalb des Arbeitszylinders gesteuert werden.
-
Infolge
der durch die Druckfeder 8 auf den Dichtkolben 7 ausgeübten Kraft,
wird dieser tiefer in den Einlass 11a getrieben, jedoch
aufgrund seines Verbunds mit dem Hauptkolben 49 und dessen
Verbund mit dem gebremsten Schleppkolben 57 erfolgt eine
Bewegung der Kolben nur langsam und verzögert. Hierbei kommt die bremsende
Wirkung des Schleppkolbens 57 dadurch zustande, dass der Schleppkolben 57 lediglich
die Kapillarbohrung 62 aufweist, durch die nur eine geringe
Menge des von ihm zu verdrängenden
Dämpfungsmediums
pro Zeiteinheit in den Bereich unterhalb des Hauptkolbens strömen kann.
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Das
oberhalb des Schleppkolbens 57 befindliche Dämpfungsmedium 56 insbesondere
das Hydrauliköl
wird durch die Kolbenbewegung und aufgrund der Raumverdrängung über die
Kapillarbohrung 62 und eine Durchflussbohrung 50 des
Hauptkolbens 49, die unterhalb der Kapillarbohrung 62 liegt,
in den unterhalb des Hauptkolbens 49 befindlichen Raumbereich
des Arbeitszylinders verdrängt. Die
Trägheit
der Bewegung der Kolben kann durch eine geeignete Wahl des Dämpfungsmediums 56 bzw.
einer geeigneten Wahl der Viskosität des Öls und durch den Durchmesser
der Kapillarbohrung 62 beeinflusst werden. In 7 ist
die Kolbenstellung für
einen bestimmten Zeitpunkt innerhalb der langsamen Aufwärtsbewegung
dargestellt.
-
Durch
die träge
Kolbenbewegung des Schleppkolbens 57 und des Hauptkolbens 49 erfolgt nunmehr
die Schlitzsteuerung. Wie bereits ausgeführt, ist es nach Beendigung
des Betankungsvorganges notwendig, den Restdruck vom Einlass 11a zu
nehmen, unter welchem die im Einlass 11a befindlichen Reste
des Einfüllmediums
stehen könnten. Dies
wird durch die Entlüftung
des Einlasses 11a durchgeführt bzw. durch die Restentleerung.
Die Restentleerung ist von großer
Wichtigkeit, um die Verbindung bzw. Kupplung zwischen dem Betankungswächter und
dem Tankwagenschlauch sicher, gefahren- und drucklos zu trennen.
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Durch
die verzögerte
langsame Bewegung des Dichtkolbens 7 samt Kolbenverbund 49, 57 im Arbeitszylinder
in Richtung des Einlasses 11a infolge der höheren Federkraft
der Druckfeder 8, wird der Dichtkolben 7 zunehmend
in den Einlass 11a getrieben. Bei ausreichendem Einliegen
gibt der Kragen 66 des Dichtkolbens 7 die Nut 33 frei,
so dass die Nut über
die Kolbenschlitze 44 mit dem Innenraum des Einlasses 11a verbunden
ist. Dieser Zustand ist in 7 gerade
erreicht.
-
Die
im Dichtkolben 7 befindlichen Kolbenschlitze 44 geben
die Nut 33 und damit auch den Bypasskanal 5 zum
Einlass 11a hin frei. Aufgrund der Tatsache, dass sich
der Bypasskanal 5 mit seinem anderen Ende in den Innenraum 28 des
oberen Gehäuseteils 1 erstreckt
und noch nicht durch die Dichtung 39 des Dichtkolbens 7 verschlossen
ist, kann nun ein Druckausgleich und eine Restentleerung des Einlasses 11a stattfinden.
Der Restdruck und das Restmedium werden durch die Nut 33 und
den Bypasskanal 5 in den Innenraum 28 und über den
Auslass 26a in die Füllleitung
geleitet. Durch die Restentleerung kann es zu keiner Verschmutzung
der Umgebung des Betankungswächters
durch Heraustreten des unter Restdruck stehenden Mediums kommen.
-
Es
wirkt nunmehr kein Druck mehr auf den Dichtkolben 7, der
der Federkraft der Druckfeder 8 entgegengerichtet ist.
Die Bewegung des Dichtkolbens 7 und des Kolbenverbunds 57, 49 erfolgt
dadurch geringfügig
schneller in Richtung des Einlasses 11a. Der Dichtkolben 7 erreicht
seine obere Hubbegrenzung und wird mitsamt der Dichtung 39 gegen die
Dichtfläche 6 gedrückt, womit
der Bypasskanal 5 dichtend verschlossen ist. Nunmehr ist
auch das Befüllungsventil
dichtend verschlossen. Der Ventilzustand entspricht wieder dem Ausgangszustand
gemäß 4.
-
Die
Ventileinheit ist nun im drucklosem und geschlossenem Zustand und
der Betankungsschlauch des Tankwagens kann gefahrlos von dem Betankungswächter getrennt
werden. Anschließend kann
die Ventileinheit von der Füllleitung
abmontiert werden.
-
Es
sei angemerkt, dass auch eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit
sowohl einer manuellen als auch mit einer automatischen Restentleerung
bzw. einem manuellen als auch einem automatischen Druckabbau möglich ist.
-
Es
folgt eine Bezugszeichenliste:
-
- 1
- oberes
Gehäuseteil
- 2
- unteres
Gehäuseteil
- 3
- Außengewinde
- 4
- Innengewinde
- 5
- Bypaßkanal
- 6
- Dichtfläche
- 7
- Dichtkolben
- 8
- Druckfeder
- 9
- Durchströmrichtung
Eintritt
- 10
- Durchströmrichtung
Austritt
- 11a
- Einlass
- 11b
- Eintrittsöffnung
- 12
- Kolbenstange
- 13
- Schraube
- 14
- Halteplatte
- 15
- Gewinde
- 16
- Dichtung
oder Dichtungsmasse
- 17
- Dichtring
- 18
- Welle
- 19
- Hinterdrehung
- 20
- Distanzelement
- 21
- Bedienelement
- 22
- Druckfeder
- 23
- Hub
des Dichtkolbens
- 24
- Dichtring
- 25
- Dichtkolbenführungsfläche
- 26a
- Auslass
- 26b
- Austrittsöffnung
- 27
- Dichtung
- 28
- Gehäuseinnenraum
- 29
- Durchflussbohrung
- 30
- Eindrehung
- 31
- Sicherungsring
- 32
- Gewindestopfen
- 33
- Nut
- 34
- Unterkante
des Dichtkolbens
- 35
- Oberkante
Topfboden
- 36
- Hubraum
- 37
- Gewinde
- 38
- Teller
- 39
- Dichtung
- 40
- Vorsprung
- 41
- Führungselement
- 42
- Entlüftungsventil
- 43
- Vorsprung
- 44
- Ausnehmung
- 45
- Schraube
- 46
- Schraube
- 47
- Schraube
- 48
- Oberkante
Arbeitszylinder
- 49
- Hauptkolben
- 50
- Durchflussbohrung
- 51
- Oberteil
des Arbeitszylinders
- 52
- Unterteil
des Arbeitszylinders
- 53
- Verschlussstopfen
- 54
- Dichtung
- 55
- Stufe
- 56
- Dämpfungsmedium, Öl
- 57
- Schleppkolben
- 58
- Dichtung
- 59
- Dichtung
- 60
- Dichtung
- 61
- Dichtung
- 62
- Kapillarbohrung
- 63
- Druckfeder
- 64
- Schraube
- 65
- Dichtung
- 66
- Kragen